Upload
clyde
View
45
Download
4
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Replikace DNA. Obsah. Co je výsledkem replikace. Replikační počátky a replikační vidličky. DNA-polymerasa. Asymetričnost replikační vidličky. Korektorská schopnost DNA-polymerázy. Primasa. Okazakiho fragmenty. Replikační aparát. Animace. Použitá literatura. G. C. T. A. G. C. G. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
1
Replikace DNA
2
Co je výsledkem replikaceReplikační počátky a replikační vidličky
DNA-polymerasa
Asymetričnost replikační vidličkyKorektorská schopnost DNA-polymerázy
Replikační aparát
Použitá literatura
Primasa
Okazakiho fragmenty
Animace
Obsah
3
A
T
T
G
GC
G
T
A
C
G C
T
A
A
C
C
A
T
G
A
T
T
G
GC
G
T
A
C
G C
T
A
A
C
C
A
T
G
A
T
T
G
GC
G
T
A
C
G C
T
A
A
C
C
A
T
G
Nově syntetizovaný řetězec DNA
Replikace DNA dává vznik dvěma novým vláknům.
Templát (matrice)
Obsah
Obr. 1. Replikace – schéma
4
Replikační počátky a replikační vidličky
Celý proces replikace začínají iniciační proteiny v místech, které se nazývají replikační počátky.
Replikační počátek
dvoušroubovice DNA
Replikační počátky se v průběhu replikace zvětšují za vzniku tzv. replikačních vidliček.
Replikační vidličkaObsah
5
Replikační vidličky
V replikačních vidličkách jsou navázány proteiny replikačního aparátu, které se pohybují ve směru replikace a rozvíjejí
dvoušroubovicovou strukturu za současné syntézy nového řetězce.
Obsah
Obr. 2. Replikační vidlička
6
V jednom replikačním počátku se vytvoří dvě replikační vidličky, které se pohybují směrem od sebe, a proto je tato replikace
nazývána obousměrná.
Replikační vidlička
Začátek replikace
Směr replikaceSměr replikace
Obsah
Replikační vidličky
Obr. 3. Obousměrná replikace
7
DNA-polymerasa
Nejdůležitějším enzymem je DNA-polymerasa, která syntetizuje nové
vlákno DNA podle původního řetězce.
Tento enzym katalyzuje připojování nukleotidů na 3'-
konec rostoucího řetězce DNA za vzniku fosfodiesterové vazby
mezi 3'-OH skupinou řetězce a 5'-fosfátovou skupinou
přidávaného nukleotidu.
DNA je syntetizována ve směru 5' → 3'.
Obsah
OH
OH
O
P
OH
O
O
P O-O
O
O
P
OH
G
CH
CH2
O
CH
CH
CH2
R
O-O
O
O
P
T
CH
CH2
O
CH
CH
CH2
O-O
O
O
P
A
CH
CH2
O
CH
CH
CH2
OH 3'-konec
5'-konec
A
G C
T
TA
TemplátovýŘetězec
(DNA)
Nově syntetizovaný
Řetězec(DNA)
5'3'
5'Obr. 4. Vznik fosfodiesterové vazby (1. část)
8
Nukleotidy vstupují do reakce jako energeticky bohaté
nukleosidtrifosfáty (např. ATP) a dodávají energii
polymerizační reakci.
DNA-polymerasa se neoodděluje od DNA po
každém přidání nukleotidu, ale zůstává
navázána na DNA a během polymerace se
podél ní pohybuje.
Obsah
DNA-polymerasa
OH
OH
O
P
OH
O
O
P OH
R
O-O
O
O
P
T
CH
CH2
O
CH
CH
CH2
O-O
O
O
P
A
CH
CH2
O
CH
CH
CH2
O O-
O
O
P
OH
G
CH
CH2
O
CH
CH
CH2
A
G C
T
TA
5'3'
TemplátovýŘetězec
(DNA)
Nově syntetizovaný
Řetězec(DNA)
5'
Fosfodiesterová vazba
Obr. 5. Vznik fosfodiesterové vazby (2. část)
9Obsah
DNA-polymerasa
Vedoucí řetězec
5'
3'
3'
DNA-polymerasaSpustit animaci
5'
Nukleosidtrifosfáty (ATP, GTP, TTP a CTP)
Obr. 6. Replikace na vedoucím řetězci
10
DNA-polymerasa je schopna syntetizovat nové vlákno pouze prodlužováním 3'-konce DNA.
V replikační vidličce nastává problém, protože původní dvoušroubovice se skládá ze dvou antiparalelních řetězců (je
asymetrická).
5'
3' 5'
3'
Obsah
Asymetričnost replikační vidličky
Obr. 7. Antiparalelní řetězce DNA
11
Jeden nový řetězec je v replikační vidličce syntetizována podle templátu ve směru 3' → 5'. (Vzniká 5' → 3' řetězec)
Druhý nový řetězec je v replikační vidličce syntetizován podle templátu ve směru 5' → 3'.
3' 5'
5' 3'
5'
3' 5'
3'
Replikační počátek
Obsah
Asymetričnost replikační vidličky
Obr. 7. Antiparalelní řetězce DNA
12
Jeden nový řetězec je v replikační vidličce syntetizována podle templátu ve směru 3' → 5'. (Vzniká 5' → 3' řetězec)
Druhý nový řetězec je v replikační vidličce syntetizován podle templátu ve směru 5' → 3'.
Obsah
Asymetričnost replikační vidličky
5'
3'
3'
5'
Vedoucí řetězec
Váznoucí řetězec
5'
5'
3'
3'
Obr. 8. Směry replikace
13
Neexistuje DNA-polymerasa, která by dokázala prodlužovat 5'-konec DNA.
Tudíž v tomto směru roste diskontinuálně tzn., že jsou ve směru 5' → 3' syntetizovány krátké úseky DNA (Okazakiho fragmenty),
které jsou následně spojovány v kontinuální řetězec.
Řetězec, který je tvořen kontinuálně, se nazývá vedoucí řetězec.
Řetězec, který je tvořen diskontinuálně, se nazývá opožďující se nebo váznoucí řetězec.
Obsah
Asymetričnost replikační vidličky
14Obr. 9. Asymetričnost replikační vidličky
Váznoucí řetězec
Okazakiho fragmenty
Obsah
5'
5'3'
3'
Vedoucí řetězec
Asymetričnost replikační vidličky
5'
5'5' 5'
3'3'
3'
3'
Temlát pro syntézu nového řetězce DNA
5'
3' 5'
3'
nejnověji nasyntetizovaná DNA
Směr pohybu replikační vidličky
15
Korektorská schopnost DNA-polymerázy
Před přidáním nového nukleotidu do řetězce, DNA-polymerasa zkontroluje, zda se předcházející nukleotid správně páruje s
nukleotidem v templátu.
Pokud ANO – přidá další nukleotid. Pokud NE – odstraní nepárující se nukleotid rozštěpením
fosfodiesterové vazby a přidá jiný nukleotid.
Proto DNA-polymerasa je velice přesně párující enzym, který udělá průměrně jednu chybu na 107 zreplikovaných párů bází.
Obsah
16
PrimasaDNA-polymerasa neumí začít syntetizovat nové vlákno.
Existuje jiný enzym - primasa, která dokáže spojit dva volné nukleotidy.
(Začátek syntézy nového vlákna podle jednořetězcové DNA.)
Primasa nesyntetizuje DNA, ale krátké úseky RNA majících cca 10 nukleotidů.
Tyto úseky se párují na základě komplementarity s templátovým řetězcem a poskytují 3'-konec pro DNA polymerasu. Slouží tedy
jako primer pro syntézu DNA.
Obsah
17Obsah
Primasa
Váznoucí řetězec
5'
3'
5'
3'
Okazakiho fragmenty
1. Primasa 2. DNA-polymerasaSpustit animaci
Obsah Obr. 10. Replikace na váznoucím řetězci (1. část)
18
Okazakiho fragmenty
Opožďující řetězec je tvořen mnoha oddělenými úseky tzv. Okazakiho fragmenty.
Na vytvoření souvislého vlákna DNA z Okazakiho fragmentů jsou třeba tři enzymy:
1. Nukleasa – odstraňuje RNA primery;
2. Opravná DNA-polymerasa – nahrazuje RNA-primery DNA;
3. DNA-ligasa – pospojí všechny úseky dohromady.
Obsah
19
Vedoucí řetězec
Váznoucí řetězec
5'
5'
5'
3'
3'
5'
3'
3'
3. DNA-ligasa
1. Nukleasa
2. Opravná DNA-polymerasa
Spustit animaci
Obsah
Okazakiho fragmenty
Obr. 11. Replikace na váznoucím řetězci (2. část)
20
Replikační aparát
Replikace DNA vyžaduje spolupráci několika druhů enzymů.
Replikační aparát umožňuje vznik a posun replikační vidličky a syntézu nové DNA.
Obsah Obr. 12. Replikační aparát
5' 3'
5'3'
5'3'Rodičovská DNA
Vedoucí řetězec
Váznoucí řetězec
Vazebný protein pro udržení jednořetězcové struktury
Primasa
DNA-helikasa
DNA-polymerasa
Svírací protein
Nově syntetizovaný řetězec
RNA-primer
Nový Okazakiho fragment
Okazakiho fragment
21
Helikasa (rozvíjí dvoušroubovicovou strukturu)
Obsah
Replikační aparát - helikasa
Obr. 13. Rozvíjení dvoušroubovicové struktury
22
5'
3'
5'
3'
3'
5'
3'
5'
Obsah
Replikace je proces semikonzervativní
Obr. 14. Dceřinná vlákna DNA
23
Animace pro zopakování
Obsah
24
Replikace na vedoucím řetězci
Obsah
Vedoucí řetězec
5'
3'
3'
DNA-polymerasaSpustit animaci
5'
Nukleosidtrifosfáty (ATP, GTP, TTP a CTP)
25
Váznoucí řetězec
5'
3'
5'
3'
Okazakiho fragmenty
1. Primasa 2. DNA-polymerasaSpustit animaci
Obsah
Replikace na váznoucím řetězci (1. část)
26
Replikace na váznoucím řetězci (2. část)
Vedoucí řetězec
Váznoucí řetězec
5'
5'
5'
3'
3'
5'
3'
3'
3. DNA-ligasa
1. Nukleasa
2. Opravná DNA-polymerasa
Spustit animaci
Obsah
27
5'
3'
3'
5'
Obsah
Průběh replikace
Vedoucí řetězec
Váznoucí řetězec
5'
5'
3'
3'
28
[1] ALBERTS, B. a kol. Základy buněčné biologie. Ústí nad Labem: Espero Publishing, 1997.
[2] NEČAS, O. a kol. Obecná biologie pro lékařské fakulty. Jinočany: Nakladateství H&H, 2000.
[3] KUBIŠTA, V. Buněčné základy životních dějů. Praha: Scientia, 1998.
Obsah
Použitá literatura